Сульфид ртути II
| Сульфид ртути II | |
|---|---|
| Систематическое наименование | Сульфид ртути II |
| Традиционные названия | Киноварь (α), метациннабарит (β), гиперциннабарит (γ) |
| Хим. формула | HgS |
| Рац. формула | HgS |
| Состояние | твёрдое |
| Молярная масса | 232,66 г/моль |
| Плотность | (α) 8,09; (β) 7,73 г/см³ |
| Температура | |
| • плавления | 820 °C |
| Мол. теплоёмк. | (α) 48,41; (β) 48,50 Дж/(моль·К) |
| Энтальпия | |
| • образования | (α) − 57,6; (β) − 49,4 кДж/моль |
| Рег. номер CAS | 1344-48-5 |
| PubChem | 62402 |
| Рег. номер EINECS | 215-696-3 |
| SMILES | |
| ChemSpider | 56188 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Сульфид ртути II (моносульфид ртути) — неорганическое бинарное соединение ртути с серой, имеющее химическую формулу Hg1−x S .
При атмосферном давлении существует в трех полиморфных модификациях: тригональной α-HgS (киноварь), стабильной до 345 °C, кубической β-HgS (метациннабарит), стабильной в интервале от 315 до 481 °C, и гексагональной γ-HgS (гиперциннабарит), стабильной от 470 °C до температуры конгруэнтного плавления 820 °C. Первая из них ярко-красного цвета, вторая имеет чёрный цвет. При давлении 21 ГПа возникает четвертая модификация, имеющая кубическую структуру.
Содержание
- 1 Физические свойства и фазовые равновесия
- 2 Получение
- 3 Химические свойства
- 4 Нахождение в природе
- 5 Этимология
- 6 Применение
Физические свойства и фазовые равновесия
Все модификации являются фазами переменного состава, область гомогенности α-HgS при 315 °C доходит до
4 мол. %. Области гомогенности всех фаз смещены в сторону серы, поэтому модификации сульфида ртути могут быть описаны как фазы с недостатком катионообразователя: Hg1−xS , x⩾0 .
| Фаза | Минералогическое название | Простр. группа | Структурный тип | Стабильна в интервале, °C |
|---|---|---|---|---|
| α — HgS | киноварь | P3121 | собственный | до 345 |
| β — HgS | метациннабарит | F4¯3m | α — ZnS (сфалерит) | 315 — 481 |
| γ — HgS | гиперциннабарит | гекс. | 470 — 820 | |
| δ — HgS | (нет) | Fm3¯m | NaCl | высокого давления |
Модификации α и β являются полупроводниками. Красная окраска киновари обусловлена большой величиной запрещенной зоны (соответствующей краю поглощения ок. 590 нм). β-Модификация является узкозонным полупроводником; как и все сфалеритоподобные соединения, она имеет прямозонную структуру.
| Фза | Прарметры решетки | z | ρ , г/см 3 | Eg , эВ | μn , см 2 /(В·с) | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| a , нм | c , нм | |||||
| α — HgS | 0,4145 — 0,4162 | 0,9460 — 0,9530 | 3 | 8,09 | 2,1 | 45 ( ∥c ), 13 ( ⊥c ) |
| β — HgS | 0,586 | 4 | 7,73 | 0,15 | 250 | |
| γ — HgS | 0,701 | 1,413 | ||||
| Примечание: z — число стехиометрических единиц в ячейке; ρ — плотность; Eg — ширина запрещенной зоны; μn — подвижность электронов проводимости | ||||||
Переход α-фазы в β-фазу при атмосферном давлении происходит в интервале температур 315 — 345 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным
Здесь L(S) — жидкость на основе серы; L(Hg) — жидкость на основе ртути. Переход β-фазы в γ-фазу происходит в интервале температур 470 — 481 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным
γ-Фаза плавится конгруэнтно при 820 °C.
Получение
Все модификации моносульфида ртути можно получить прямым синтезом из простых веществ при соответствующих температурах и контролируемом давлении пара. Монокристаллы получают выращиванием из расплавов или осаждением из паровой фазы. Киноварь можно также получить растиранием ртути с кристаллической серой при комнатной температуре.
При осаждении сероводородом из растворов солей ртути II осаждается черная β-модификация HgS, метастабильная при комнатной температуре. При постепенном пропускании сероводорода через раствор хлорида ртути вначале образуется белый осадок сульфохлорида:
который постепенно переходит в желтый, бурый и, наконец, черный сульфид ртути:
Обработкой растворами полисульфидов щелочных металлов черный сульфид ртути переводят в красную модификацию.
Химические свойства
Киноварь и метациннабарит малорастворимы в воде: произведения растворимости их при 25 °C составляют соответственно: 4,0⋅10 −53 и 1,6⋅10 −5 . Киноварь необычайно инертна к кислотам и щелочам и растворяется лишь в царской водке.
При нагревании в инертной атмосфере киноварь возгоняется, при окислении на воздухе чернеет вследствие образования металлической ртути:
Нахождение в природе
В природе α-модификация распространена в виде минерала киновари, β-модификация встречается в виде минерала метациннабарита. Многие минералы являются твердыми растворами или соединениями моносульфида ртути с другими халькогенидами, например:
Киноварь является основной рудой ртути и добывается в промышленных объёмах.
Этимология
В русском языке название киноварь восходит к др.-греч. κιννάβαρι , лат. cinnabari . При этом в латинском языке слово cinnabari означает красную краску не столько минерального, сколько растительного происхождения — «драконову кровь», извлекаемую из сока некоторых растений, например, Calamus Draco. Корень κιννα- вообще означает красный или красно-коричневый цвета, с чем связаны названия κιννάμωμον (κίνναμον), cinnamoma — корица.
Применение
С древних времён киноварь широко использовалась как красный пигмент для производства красок, однако в связи с токсичностью ртути, его применение в этом качестве в настоящий момент ограничено.
Сульфид ртути вследствие его крайне низкой летучести и нерастворимости в воде применяется как соединение, образование которого служит одним из методов демеркуризации.
Соединение является мощным фунгицидом и может использоваться для обработки бетонных строительных конструкций в целях профилактики грибковых поражений.
Как широкозонный полупроводник α-модификация используется для создания полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения, в особенности гамма-квантов, так как благодаря высокой плотности и высокому среднему заряду ядра эффективно поглощает гамма-излучение. На основе сульфида ртути II получают полупроводниковые твердые растворы путем замещения как в катионной (например, Hg1−xCdxS ), так и в анионной (например, HgS1−xSex ) подрешетках.